基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法

相比于传统拟静力和拟动力试验,混合试验通常存在较为复杂的试验子结构边界条件。受到实验室加载条件的限制,子结构的边界条件往往难以完全实现,这将对混合试验的保真度产生很大影响,即混合试验中的不完整边界条件问题。为解决不完整边界条件问题,提出一种基于试验子结构恢复力修正的不完整边界条件混合试验方法。该方法为试验子结构建立两套数值模型,并通过两套数值模型修正试验子结构的不完整恢复力。两套数值模型的区别在于边界条件的设定:第一套数值模型具有完整的边界条件;第二套数值模型具有与试验子结构相同的边界条件,为不完整边界条件。该研究分析了边界自由度耦合程度、数值模型误差对该方法精度的影响,验证了该方法对存在模型误差的数值模型具有较好的鲁棒性;最后,采用所提方法对一座两层两跨抗弯框架结构进行了抗震性能数值分析。结果表明:与常规混合试验方法和弱耦合混合试验方法相比,该方法不仅具有解决不完整边界条件问题的能力,而且也表现出较高的仿真精度。

用FHP模型格子气方法对复杂边界条件的数值模拟

介绍了格子气自动机模型的特点,建立了具有完全对称性的7-Bit正六边形格子气自动机模型。应用该模型通过对典型管排流和隔板流问题的计算模拟,其结果清晰的表示出流体在流场内的流动细节,证明了模型的正确性和有效性。

分形几何对称模型数值分析非稳态热传导——以第一类边界条件为基础

分形几何对称模型已成功地用于单颗粒化学反应工程领域的计算机辅助数值模拟计算 ,本文讨论了分形几何对称模型在非稳态热传导中的应用 。

边界部分开放条件下改进N-S交通流模型的研究

边界部分开放条件下,利用改进的Nagel-Schreckenberg交通流模型,数值模拟了在不同参数下的交通流基本图,结果表明,与边界全开放条件下改进的Nagel-Schreckenberg模型的交通性质有所不同.

气动声学数值模拟中无反射边界处理及声源模型的建立

运用特征分析和事后修正法对无反射边界进行了分析，将两种常用的无反射边界方法（Ｔｈｏｍｐｓｏｎ无反射边界和Ｇｉｌｅｓ无反射边界）以统一的形式表达出来，得到这类边界的事后修正式．运用同一方法讨论了声能量从边界输入时声源的模化问题，给出单极源的边界声源数学模型．计算了单极源在均匀流中的声辐射．结果表明，文中方法计算准确，程序编制方便，适合于小振幅波动方程的计算．

中深层U型埋管换热器数值传热模型精准度影响因素研究

为研究中深层U型对接井地埋管换热器与其周围岩土体传热过程的数值计算模型准确性,文章以实验项目地层与地温特征作为背景,建立了数值传热模型,基于有限差分法将控制方程进行离散求解,并用商用软件对模型进行了验证。定量分析了控制方程的坐标变化系数、数值计算的空间步长、时间步长、径向边界位置以及模拟运行时长等模拟条件变化对模拟结果的影响,为模型研究和工程计算提供了基础数据参考;定量地计算了U型对接井中拐点位置热干扰对换热器出口循环水温度的影响;对用于数值计算的几何模型进行了研究,建立了5种不同的几何模型,其数值计算结果中换热器取热量最大相差54 kW,最小相差0.75 kW,最大偏差超过5%。

施工导截流模型试验地形及出口水力边界条件模拟

施工导截流模型试验需要对原型地形及出口水力边界条件进行模拟。地形模拟范围一般根据经验统计数据确定。当缺乏试验必需的水文资料、尤其是模型控制水位处的水尺资料时,需要提出合理的方法来确定控制水位。根据工程实例,本文修正了地形模拟范围经验数据,同时,提出了采用实测法和数值模拟法来确定模型试验控制水位,试验结果表明这两种方法是可行的。

不同边界条件下热电发电器件瞬态响应特性分析

鉴于实际应用中热源的非稳态特性,建立热电发电器件的三维瞬态热-电耦合数值模型,以阶跃上升、阶跃下降、线性上升、线性下降、正弦波和三角波6种热源波形作为输入,对比并分析在瞬态温度边界条件和瞬态热流边界条件下的响应特性.结果表明:该模型能准确模拟热电发电器件的瞬态输出性能,仿真结果与试验测量的电压和功率误差分别为3.30%和6.58%;由于温度变化具有连续性,瞬态热流边界条件比瞬态温度边界条件更合理;受热惯性的影响,即使热源输入急剧变化,热电发电器件的输出功率仍呈现平缓的变化趋势,且存在时滞现象;周期性热源能够提升热电发电器件的输出性能,在正弦波和三角波的周期性热源中,热电发电器件的输出功率分别提升了7.48%和5.76%,转换效率分别提升了11.58%和8.48%.

考虑边界条件不确定性的地下水污染风险分析

为分析边界条件不确定性对地下水污染质运移数值模拟模型输出结果的影响,运用Monte Carlo方法对一算例进行阐明,并从污染风险预报方面对模拟结果进行分析.为减少重复调用模拟模型产生的大量计算负荷,将边界条件(第一类边界条件-水头值)作为随机变量,建立地下水污染质运移数值模拟模型的Kriging替代模型,在保证较高精度的同时,实现了Monte Carlo模拟.结果表明:边界条件的不确定性,对地下水污染质运移数值模拟模型预报的结果有很大影响,考虑与未考虑边界条件不确定性得到的研究区污染羽分布差别较大.对地下水污染质运移数值模拟模型的Monte Carlo模拟结果进行统计与分析,可以评估研究区观测井1,2,3污染物浓度预报结果的可靠程度,并且可以预报出研究区观测井1,2,3遭受不同程度污染的风险.

电渣熔铸过程中数学模型的分类及数值模拟的简便求解

在综述国内外电渣熔铸过程中数学模型研究的发展状况的基础上,分析了其中偏微分方程与其定解问题中的边界条件的特点.然后,在常用的铸件轴对称的假设下,对偏微分方程及其边界条件进行变换,得出了各二维方程及边界条件所属的类型.在此基础上提出了简单有效的求解方法,并进行了渣池电位和渣池温度场的模拟计算,结果表明算法是有效的.

改进的非线性波传播数值模型的验证和应用

基于吸收入射边界上反射波的方法,并通过将统一边界条件表达式推广到适应不规则波的情况,改进了非线性波传播的数值模型。将利用模型的线性版本(略去非线性项)所计算得到的台阶地形上波浪的反射和透射系数与相应的解析解进行了定量比较。在斜坡地形上数值模拟了不规则波的传播,并将数值结果和物理模型实验值进行了比较。在下游边界分别为开边界和全反射边界的等水深的水槽内数值模拟了不规则波的传播变形,讨论了非线性作用的影响。在侧边界和下游边界均为全反射的固壁边界、二维的等水深水域内,数值模拟了波浪斜向入射时所产生的波浪变形。计算结果表明,对上述各种算例,改进后的非线性波传播数值模型均能进行有效地数值模拟。

闸坝地基岩土体各向异性渗流边界条件的影响分析

渗流运动数值模拟计算结果的精度与边界条件的处理关系密切,在各向异性渗流情况下分析了边界条件选取对计算结果的影响程度,将水利工程中各向异性渗流常见的边界情况概化为四类数学模型并进行了数值模拟计算。结果表明,边界附近区域的水头分布受边界条件的影响最为明显,呈很强的非线性,边界条件的不同也会影响各向异性区域内部流速分布和渗流量。

理论地质模型的声波波场数值模拟

介绍了二阶中心差分的基本理论,并由此推导出了声波方程的二阶中心差分格式以及边界条件的差分格式。建立双层理论地质模型,分别对爆炸点在介质内部和介质顶层的两种情况进行波场数值模拟,模拟出波在不同时刻传播的形态及炮集记录。同时通过对模拟出的波场图形和对应的炮集进行对比分析,得出仅采用一阶边界吸收便可快速、便捷的对均匀介质模型波场形态进行较好模拟。

起伏地表条件下二维地震波场的数值模拟

地震波场数值模拟一般基于水平地表条件,而当前近地表地震方法研究中急需起伏地表条件下的正演模拟数据。起伏地表条件下的二维地震波场波动方程高阶有限差分数值模拟方法研究中面临的主要问题是边界条件的处理。从以速度-应力表示的一阶波动方程出发,导出了起伏边界情况下的边界条件。该条件与波动方程具有相同的形式,可以用同样的方法来处理正演过程中的网格内部点和边界点。用交错网格的高阶有限差分方法解波动方程,在满足稳定性要求时,可获得时间和空间都是高阶精度的结果。本算法在高性能计算机集群MPI环境中并行实现时,采用主从模式设计程序,合理调配各节点的计算负载,并应用容错处理手段,达到了较高的并行效率。理论模型和实际速度模型的计算结果证明了方法的正确性和有效性。

三维似French模型高精度弹性波正演数值模拟及其波场特征

基于三维一阶双曲型各向异性介质速度-应力弹性波动方程,给出各向异性介质向各向同性介质转化的条件,采用高阶交错网格有限差分法和PML吸收边界条件,实现高精度三维弹性波正演数值模拟.以均匀介质为例,研究弹性波在三维空间的波场特征;以三维似French模型为例,合成不同时刻的三分量波场快照和共炮点记录,并对比分析三维各向同性介质和各向异性介质在该模型中的波场响应特征.数值结果验证了方法的正确性和有效性,同时具有精度高和边界吸收效果明显的优点.

固体吸附系统中传热过程的数学模型及其数值解法

对固体吸附系统中的传热过程进行了合理的数学建模 ,对吸附床内的热传导方程和换热管内流体的能量控制方程进行离散并利用控制容积法进行了模拟数值计算 ,在数学模型中加入了与其他模型不同的而更符合实际情况的随时间变化的边界条件 ,得到了较为满意的吸附床内吸附剂和换热管内流体的互相耦合的温度场 .

质量出口边界条件在流场模拟中的应用

利用CFD技术对流体在流场内的运动规律进行数值模拟已成为研究离心泵的一种重要方法。边界条件的定义,是流场数值模拟很关键的一部分。重点介绍了质量出口边界条件,并采用标准k-ε紊流模型以及由Patankar和Spalding提出的SIMPLE算法,利用FLUENT程序对双吸式HD型石油化工流程泵叶轮内部流场进行数值模拟,给出了其压力和速度的分布规律,揭示了其内部流动的主要特征,为双吸式离心泵叶轮设计提供了重要理论依据并利用数值计算结果绘制成泵的扬程曲线,然后和实验数值进行了比较。

边坡稳定的概率数值分析

边坡设计所采用的定值设计方法不能考虑影响边坡稳定的各随机因素。本文以概率理论的条件概率定义，采用确定性的极限平衡分析方法、建立边坡稳定的概率分析模式，并用数值计算说明这种分析方法的应用 。

密封环支撑边界条件对机械密封端面变形的影响

机械密封的密封环是通过辅助O形圈支撑在轴上或者密封腔内,不同的结构设计会改变密封环支撑边界。针对三种机械密封结构模型,利用ANSYS有限元分析软件,模拟机械密封摩擦副端面的变形,讨论了橡胶O形密封圈不同受力边界条件下机械密封端面变形的规律。研究发现当动环、静环均采用SiC时,在静态(结构分析)时,该三种不同支撑结构的摩擦副端面均形成发散间隙,端面变形受支撑边界接触应力的影响较大;热结构耦合分析发现其动环、静环端面间隙呈收敛间隙运转时,热边界条件影响更大。当动环采用石墨,静环采用SiC时,发现其端面间隙可能为收敛型也可能为发散型,这与支撑边界有关。故密封环支撑边界条件的不同会影响动环端面变形,同时动、静环材料的弹性模量对端面的变形有较大影响,从而会影响密封性能。该研究对机械密封设计有指导意义。

炉膛中间截面边界条件对双切圆锅炉空气动力场计算的影响

大容量超超临界锅炉广泛采用单炉膛双切圆的空气动力组织方式,在计算流体力学软件FLUENT平台上,针对1GW超超临界单炉膛双切圆锅炉,计算了全炉膛和炉膛中间截面边界条件设为对称面和边壁条件的炉内空气动力场。计算表明,与标准κ-ε双方程模型相比雷诺应力模型(RSM)具有更高的计算精度;中间截面采用对称边界条件时,其流场分布规律与全炉膛模拟结果相似;中间截面为边壁条件时炉膛中间截面附近流速降低,但对整个炉膛流场影响较小;中间截面采用这两种边界条件均会导致1#、6#角射流衰减缓慢而冲刷炉膛前墙中间水冷壁。